《化工單元操作技術》課程現狀及改革研究

翁燕玲

(眉山職業技術學院，四川 眉山 620000)

隨著我國經濟進入新的發展階段，產業升級和經濟結構調整不斷加快，各省市也貫徹國家的戰略要求，加快構建區域產業體系。四川省眉山市目前擁有萬華化學、聯合利華、陶氏化學、昊華化工、金象賽瑞等一大批世界500強、中國化工100強的企業，化工背景高素質技術技能人才需求旺盛。

《化工單元操作技術》是應用化工技術專業的一門專業核心課，主要內容是以化工生產中的物理加工過程為背景，依據操作原理的共性，分為若干單元操作過程，學習如流體輸送技術，傳熱、干燥、精餾等單元操作的基本原理、基本計算方法，單元操作典型設備的結構及設備在生產中的操作控制方法等，將學生帶入化工生產領域真實和復雜的問題中。同時學習化工企業實際生產的任務、涉及的崗位及所需知識。該課程所涉及的知識和技能，包括設備的操作、維修、故障處理等，在實際化工生產中具備廣泛的應用價值，是培養學生化工相關崗位尤其是生產一線技術人員所需崗位知識及職業能力的一門必不可少的工程課程。《化工單元操作技術》課程需要在學習掌握《無機化學》《有機化學》《化工制圖》《化工儀表及自動化》《化工設備基礎》等課程知識的基礎上學習并應用，在基礎課和其他專業課之間起到了承上啟下的橋梁作用，培養學生運用工程的思路分析、解決實際工作中的具體問題，蘊含化工單元操作工、生產一線技術工等崗位所必須掌握的基礎知識。

1 課程現狀

1.1 生源特點

目前，我院應用化工技術專業生源主要來源于通過單招招收的學生(中專、職高學生)。絕大部分學生非化學化工相關專業，且大部分為文科專業，導致數學、物理、化學基礎薄弱，而應用化工技術專業的課程基礎就是數學、物理、無機化學、有機化學等，因此對于學生來說，學習難度大。學生普遍對于理論及計算類的知識點，具有畏懼心理，沒有學習的興趣和信心，表現在涉及理論和計算知識點講解時，學生普遍跟不上教學思路，不愿聽講，教學難度大。從報考志愿分析，應用化工技術專業第一志愿學生人數相對較少，第二、三志愿人數較多，且存在較多的調劑學生，學習熱情較低，同時學習的主動性、自律性較差，導致整體教學效果較差。

1.2 教學模式跟隨本科教育模式，依賴傳統教學模式

《國家職業教育改革實施方案》文件中提出，職業教育不同于本科教育，職業教育所傳授的技術知識的來源、形成方式及途徑有異于本科教育，因此職業教育在專業課程設置、教材內容的選擇、教學方法的開發選擇、師資隊伍建設、教學管理評價等方面均應形成自己的一套體系[1]。然而，多年以來，高職院校的教學模式跟隨本科教育模式，依賴傳統教學模式。無論是專業課程設置，還是教材內容的選擇上都更偏向本科教育，與職業教育的培養目標不夠契合。同時在教學目標、課程體系、教學方法、教學實施過程中教師與學生的互動關系、教學資源等方面都依賴傳統的教學模式，導致職業院校的學生理論基礎也跟不上，實踐操作能力優勢又沒有得到加強，與企業崗位需求相去甚遠。

1.3 課時太少，理論和實踐分配不夠合理

由于職業院校學生的生源水平弱于專科及本科學生，而《化工單元操作技術》這門課程又是專業的核心基礎課程，因此按照傳統設置的課時數明顯偏少。在現有課時的情況下，學生不論是理論教學環節，還是實踐教學環節的知識都無法充分的理解與掌握。學生經過“理實”兩個環節的系統學習，無法有效地將理論知識和實踐操作有機的關聯起來，而且綜合運用各單元操作的能力較差，不利于后續專業課程的學習。由于課時的限制、學校實驗條件的限制，針對化工單元操作技術課程的理論和實踐操作分配并不合理，尤其在實踐教學方面，學生無法進行較多的實踐操作。

2 課程改進措施

2.1 重新規劃教學內容

傳統的教學模式,沒有充分考慮生源差異性,沿用傳統的教學模式、教材內容，學生難以吸收理解，因此很難達到教學目標。針對現有生源特點，結合當地行業、企業的崗位需求，融入人才培養方案，對《化工單元操作技術》課程內容重新進行了設計整合。按照激發興趣——探究原理——實踐論證——知識遷移的思路，對《化工單元操作技術》課程內容進行重整，分為基礎知識模塊、專業知識模塊。化工單元操作技術課程有流體輸送、傳熱、分離、精餾、過濾、萃取等操作模塊，本文以傳熱和流體輸送為例進行改革設計[2]。

2.2 教學過程與實施改革

《化工單元操作技術》作為應用化工專業的核心基礎課程，課程本身難度較大，理論知識多，而化工生產過程具有復雜性、特殊性和危險性等特點，教學過程中的實踐操作，多采用仿真操作或者現場看設備結合講解等形式，學生參與度較低。無論是理論知識講授，還是實踐操作環節，采用傳統教學方法，學生的學習興趣都不高，亟需在教學方法上進行創新，激發學生的學習興趣。“任務驅動”不同于“以傳授知識為主”的傳統教學理念，其最根本的特點就是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”，秉持解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念。“任務驅動”教學法，從淺顯的生活實例入手，引入知識概念，提出任務(問題)，再由教師向學生提供解決該任務的有關線索，不僅極大的提高了學生的學習的興趣，同時培養了他們自主學習、探索解決問題、團隊協作的能力。“任務驅動”法在《化工單元操作技術》課程中傳熱模塊的應用如下：

1)創設情境

由于現有生源的基礎比較薄弱，如何在學生已有的生活經驗、已有的知識體系和新概念、新知識之間搭建鏈接點，是課堂導入的重點。 將所講授的概念與知識點與日常生活情景聯系起來，生動形象，學生能夠更容易理解新概念、新知識，也更有助于記憶，從而激發學生的學習興趣。例如，傳熱操作技術單元授課時，可以通過飲水機冷熱水一定比例混合得到溫水，冬天熱盒裝牛奶等生活情景，引出換熱器作用原理。這種導入方法不僅可以使抽象的概念生活化，降低學習的難度，提升學生學習的信心，同時讓學生明白我們所學的知識都是來源于生活且應用到生活中的；不僅可以培養學生善于觀察和思考的能力，同時讓學生形成理論和實踐一體化的概念[1，3]。

2)確定任務

根據上述創設的情境，選擇與傳熱操作模塊密切相關的生活場景作為學習的中心內容，讓學生分組討論，確定具體任務，并將任務拆解成具體可以實踐操作的步驟。同時讓學生分組來講訴任務，在講訴的過程中對于任務更加的清晰明了。由全班同學共同探討任務步驟的可操作性、可行性，協同制定更為完善的任務完成方案。明確工作任務以及任務的解決步驟，有可能使學生更主動、更廣泛地激活自身原有知識和經驗，通過分析、解決任務，為新舊知識搭建鏈接的平臺。

3)類比教學

①《化工單元操作技術》課程的主要內容可以歸納為“三傳一反”。“三傳”就是傳質、傳熱、傳動，基本原理都可以概括為：反應速率=推動力/阻力=系數×推動力的形式，只是推動力和阻力的表達形式不同。例如，流體輸送單元操作中，推動力是壓力差，傳熱單元操作中推動力是溫度差，濃度差、電位差等可以是反應過程的推動力[4]。

根據知識間的內在聯系，通過類比教學，不僅鞏固了舊知識，同時引入了知識。以舊知識作為指引，引導學生學習新的知識，可以強化學生注意力的集中，提升學習效率，降低學習和記憶的難度。對于傅里葉定律、牛頓冷卻定律的教學同樣可以采用類比手段。

傳熱基本方程：

(1)

牛頓冷卻定律：

(2)

由式(1)、式(2)看出，兩個式子的結構類似，含義類似，通過類比教學，不僅可以讓學生對傳熱的原理理解的更透徹，同時也減少學習難度。

②流體輸送和傳熱中的壓力降

在講授傳熱單元操作模塊總傳熱系數K時，由于學生已經學習過流體輸送單元操作中流體阻力相關內容，此時在教學中較多的運用類比教學方法，不僅可以降低學生的學習量，也可以培養學生自主學習的能力和觸類旁通的知識遷移能力，為將來工作中完成不同的項目任務奠定基礎。

流體輸送單元操作模塊：采用相應的計算方法分別計算直管阻力與局部阻力，兩者之和為整個管路的總阻力。

直管阻力計算公式：

(3)

傳熱單元操作模塊:換熱器的阻力分為管程阻力和殼程阻力。

直管壓力降公式：

(4)

從式(3)、式(4)看出，流體阻力和換熱器的阻力計算的原理是類似的，學生經過流體阻力學習后，再來學習換熱器阻力的計算就變得簡單易懂。經過課程內容整合，采用類比教學，可以極大提高學生的學習效率。

4)培養自主學習能力

由于我院絕大部分學生非化學化工相關專業，數學、物理、化學基礎薄弱，學生可能需要補充初高中數學、物理、化學等方面的基礎知識，導致在高職學習期間，學生需要學習的知識量比較大，而課時有限，因此亟需學生培養自主學習能力，提升自身的知識儲備。同時在學校學習的階段和時間都只占學習生涯的一部分，教師一直致力于培養學生的自主學習、協作學習能力。在教學過程中，由教師告訴學生需要完成的任務和完成任務的有關線索。如需要搜集哪一類資料、從何處獲取有關的信息資料等，而不是直接告訴學生方法，正所謂“授人以魚不如授人以漁”。

5)效果評價

對于課程教學內容、教學實施過程等的改革，需要對改革效果進行評價，否則都是紙上談兵，不能有效的辨別何種改革措施成效高。可以結合信息化手段，設計合理的評價體系，采用問卷調查、隨堂測驗、課后測驗、實踐評價等多維度綜合評價，并根據效果，實時調整教學方案。

2.3 增強信息化教學水平

目前，高職院校普遍存在“教學內容多、課時少”的問題[5]。同時針對學校經費有限、實驗教學條件的不足等，導致的學生實踐能力得不到有效鍛煉的問題，一方面可以通過課堂派、學習通等在線平臺和APP，構建在線自主討論、學習環境，教師可以上傳課件、題庫等學習資源，學生可以自主學習、自由討論，解決課時少的問題，同時提升學生的自主學習能力；另一方面，可以通過仿真訓練等信息化教學手段，提升學生的實踐操作能力和動手能力。由于化工生產環境具有復雜、專業性強、危險性高等特點，雖然職業教育強調培養學生的實踐操作能力，但實際上學生一般都只是到工廠進行參加見習。如果想要真正動手操作，需要經過大量時間的前期培訓，而學校又不具備相應的條件配備足夠的實驗設備滿足教學需求，仿真教學就極大的滿足了化工類專業的實踐需求及安全環保節能的需求。高職院校的學生對于實踐教學環節的興趣遠大于純理論教學環節，因此合理設計、分配課程理論和實踐內容，將晦澀的理論教學融入仿真實踐教學中，能夠提高學生學習的興趣。同時工學結合的課程設計，也讓“做中學”“學促做”的理念得到充分體現。利用學校配備的計算機或個人電腦，學生在任何空余時間均可進行虛擬仿真實驗；還可以利用仿真軟件觀察儀器設備的3D結構和原理展示，讓學生直觀的了解設備內部構造，更形象、直觀地掌握單元操作、設備運行的基本原理和方法等[6]。

3 改革成效

通過教學改革，采用任務驅動法教授理論知識，能夠有效增強學生對定義和原理的理解能力，大部分學生能夠準確或者用自己的語言描述，相關概念的定義。為了緩解實操存在的難題，提高仿真實踐訓練的比例，學生的實踐水平得到提升。例如，進行兩個流體輸送和傳熱單元的仿真訓練，成績大部分都在80分以上。通過培養鍛煉，學生的自主學習能力也得到一定提升，部分學生能夠結合實驗原理、實驗裝置繪制基礎的PID圖。學生的計算水平提高較為微弱，主要原因是學生基礎薄弱，后續仍需要針對學生的具體情況，對授課內容進行實時調整。

4 結語

為了培養企業需求的人才，結合我院應用化工技術專業學生的生源特點，融合《化工單元操作技術》課程特征，本文從教學內容、教學實施過程、信息化教學等方面著手，對《化工單元操作技術》課程進行改革。按照激發興趣——探究原理——實踐論證——知識遷移的思路，對課程內容進行重整，分為基礎知識模塊、專業知識模塊。采用創設情景——確定任務——類比教學——培養自主學習能力——效果評價的教學模式，對課程教學實施過程進行改革。通過多維度綜合評價，實時調整教學方案。從在線學習平臺的構建和完善來解決“教學內容多、課時少”的問題，從增強仿真訓練，來提升學生的實踐操作能力和動手能力。接下來，將對課程其他模塊，如“分離單元操作”模塊的教學內容進行重新整合、重新設計。